Die Einheiten der Zeit

Von Sekunden, Tagen und Jahren

Eine der größten Innovationen der Menschheit war das Strukturieren der Zeit und später dann das Messen der Zeit mit Uhren. Durch unser frühes Eintauchen in das Zeitsystem während der Kindheit ist vielen häufig nicht bewusst, welch merkwürdiges System wir hier vor uns haben. Letztendlich ist es ähnlich wie bei allen Systemen, die über lange Zeit tradiert werden, man kann sie nur versteht, wenn man auch einen Blick auf die Ursprünge wirft.

Die grundlegenden Zeiteinheiten

Unser Leben haben wir zeitlich gegliedert. Beginnend mit der kleinsten Zeiteinheiten Sekunde über Minute, Stunde, Tag, Woche, Monat und Jahr.

Mehr zur Statistik weiter unten.

Die häufigste genannte Zeiteinheit [1] in Büchern ist der Tag und das Jahr. Diese sind auch die wichtigsten natürlichen Einteilungen für das menschliche Leben. Das Größenverhältnis der Zeiteinheiten folgt interessanten Regeln, bevor ich aber darauf näher eingehe, als Basis eine Erläuterung zu den Zeiteinheiten in unserer Kultur.

Der Tag

Für alle Lebewesen auf der Erde spielt die Dauer des Tages die wichtigste Rolle als biologischer Rhythmus. Wichtige Details dazu haben die Forscher Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash and Michael W. Young herausgefunden, die Chronobiologie liegt tief in unseren Zellen, die drei Wissenschaftler wurden dafür 2017 mit dem Nobelpreis geehrt [2].

Für viel der Start in den Tag, der Wecker läutet.

Was genau ein Tag ist, ist aber vielen Menschen nicht bekannt, die Vermutung, innerhalb eines Tages würde sich die Erde einmal um sich selbst drehen ist zwar nicht ganz falsch, genaugenommen ist es aber der Zeitabstand zwischen zwei Sonnentiefstständen, die um Mitternacht erreicht werden. Früher hatte man die Dauer zwischen zwei Sonnenhöchstständen (Mittag) gemessen, was einfacher ist. 
Dieser Zeitraum (24h) ist aber geringfügig länger als eine volle Umdrehung der Erde (siderischer Tag = 23,9345 h), da die Erde sich gleichzeitig um die Sonne bewegt und selbst wenn die Erde keine eigene Rotation ausüben würde (bezogen auf den Sternenhimmel) wäre nach einem Jahr ein "Tag" vergangen. 
Für das Alltagsleben spielt der Sonnenauf- und Untergang eine wichtige Rolle. Er trennt den lichten Tag von der Nacht. Aufgrund der schiefen Erdachse bezüglich der Umlaufbahn um die Sonne verschiebt sich der Sonnenaufgang nach komplizierten Regeln und führt insbesondere bei der "Sommerzeit" zu merkwürdigen Änderungen der gesetzlichen Zeit. 
Letztendlich gibt es Tag und Nacht und noch etwas differenzierter Vormittags und Nachmittags sowie den Abend bis 24h und die zweite Nachthälfte von Null Uhr bis Sonnenaufgang, was eine Zeiteinteilung in Vierteltage beschreibt.

Die Stunde

In Babylon hat man begonnen, den Tag in noch kleinere Stücke aufzuteilen. Der lichte Tag wurde in 12 Stunden geteilt und ebenso die Nacht. Damit waren zwar die Stunden nicht gleich lang, aber das hatte nicht gestört, zum einem, weil der Unterschied in südlicheren Breiten gering ist, aber auch weil es keine Uhren gab, mit denen man das heute leicht bemerkt.

Die zwölf Stunden, noch schlecht sortiert.

Warum 12 Stunden? Es liegt wohl an der prähistorischen Nutzung der Zwölf, die möglicherweise auf die 12 Monate zurückgeht, eine natürliche Teilung des Jahres durch den Mond. Weiterhin ist es die kleinste Zahl, die 2, 3 und die 4 als Teiler hat, was das Rechnen erleichtert. 

Die Minute

Will man die Zeit genauer bestimmen, muss man die Stunde teilen, analog zu den Teilern der Zwölf kann man noch die Fünf hinzunehmen (3*4*5=60) und erhält 60, als eine Zahl mit optimaler Teilbarkeit. Die Sechzig wird schon seit den Babyloniern im Sechzigersystem verwendet, für die Stundenteilung ist sie aber erst im 13. Jahrhundert eingeführt worden [3]. 

Altes Ziffernblatt mit Minutenteilung in Colmar.

Die Skala für den Minutenzeiger auf der Uhr kann durch den zusätzlichen Faktor Fünf leicht auf dem Ziffernblatt der Uhr abgelesen werden.

Die Sekunde

Steigt man noch Tiefer in die Zeitteilung, bietet sich die Wiederholung des letzten Schritts an, eine sechzigstel Minute, die Sekunde (pars minuta secunda). Damit hat eine Stunde 3600 Sekunden, aus der Betrachtung der Teiler ist jetzt auch noch die Sechs hinzugekommen. (2*3*4*5²*6=3600). Interessanterweise erreicht man damit auch ein Zeitintervall, das in der Natur durch den menschlichen Herzschlag annähernd realisiert ist. Zudem will es der Zufall, dass ein Pendel mit einem Meter Länge ca. eine Sekunde für eine Schwingung benötigt. 

Praktisch hat die Sekunde den Vorteil, dass das gleiche Ziffernblatt für Minuten und Sekunden verwendet werden kann. 

Ziffernblatt mit eigenem Sekundenblatt und ausführlicher Beschriftung

In der Moderne ist die Sekunde zur fundamentalen Zeiteinheit geworden, aus der alle anderen Einheiten, Minute, Stunde und auch Tag abgeleitet werden. Eine Einigung, ob das Jahr ebenfalls von der Sekunde abzuleiten ist, ist in Diskussion. 
Unser Zeitsystem basiert heute mit dem SI System auf der Definition der Sekunde, die sich aus dem abzählen bestimmter Atomschwingungen eindeutig bestimmen lässt.

Das Jahr

Neben dem Tag hat das Jahr eine fundamentale Bedeutung für unser Leben, insbesondere in Kulturen, die im Norden Ackerbau betreiben bestimmt der Jahreszyklus das Leben. Die Jahreslänge beträgt ca. 360 Tage, also wieder eine Zahl mit einfachen Faktoren (3*4*5*6=360). Ich kann mir gut die Priester im alten Babylon vorstellen, die beim genauen Zählen der Tage des Jahres auf 365,24 kamen und es einfach nicht glauben wollten, dass der Kosmos so wenig nach den Gesetzen der Zahlen funktioniert. Nur bei den Bänkern dauert das Jahr immer noch 360 Tage, aber dort ist eine Entkoppelung von der realen Welt nicht unüblich.

Der kürzeste Tag beginnt.

Was aber genau ist ein Jahr, viele denken, da würde die Erde einmal um die Sonne laufen, aber auch das ist nicht ganz richtig, dieser Zeitraum ist das siderische Jahr, 365,25636 Tage. 

Das Jahr wie wir es kennen, ist das tropische Jahr das 365,242190 Tage dauert. Es wird die Zeit zwischen den Frühlingspunkten des Sonnenaufgangs genommen. Der Frühlingspunkt ist durch die Tag- und Nachtgleiche nach dem Winter bestimmt. Da die Erde neben der Eigenrotation noch eine taumelartige Bewegung eines Kreisels durchführt (Dauer ein Platonisches Jahr 25700 Jahre), verschiebt sich der Frühlingspunkt etwas gegenüber dem astronomischen Ort, an dem die Erde einmal um die Sonne gelaufen ist. 

Der Grund, warum das Jahr am 1. Januar beginnt ist reichlich kurios. Eine gewisse Logik hätte der 21. Dezember, da das der Sonnentiefststand ist. Bei der Festlegung des Weihnachtsfestes wollte man diesen Tag als Christi Geburt nehmen, da es früher Messprobleme gab, legte man diesen Feiertag sicherheitshalber um 3 Tage nach hinten, auf den 24. Dezember. Für den Jahresanfang nahm man dann den Tag der Beschneidung von Jesu, die Beschneidung erfolgte 8 Tage nach Geburt und das ist dann der 1. Januar. Dies ist seit 1691 von Pabst Innozenz XII so festgelegt.

Der Monat beginnt, die erste Mondsichel am Westhimmel nach Neumond

Der Monat

Da das Jahr eine lange Zeit ist, musste es weiter sinnvoll unterteilt werden. Hier bot sich an, den Mond mit seinen auffälligen Phasen zu nehmen. Die Mondphasen wiederholen sich alle 29,53 Tage. Zwölf Mondphasenzyklen ergeben ca. 30*12=360 Tage. Wieder einer der Fälle wo sicherlich die Astronomen des Altertums die Haare gerauft haben, warum das nicht genau mit einem Jahr aufgeht.

Bemerkenswerterweise gibt es sechs verschiedenen Definitionen wie lange ein Monat dauert. Die Zeit, in der der Mond einmal um die Erde Umläuft beträgt 27,3217 Tage und damit spürbar kürzer als ein Mondphasenzyklus.

Im Mondlicht kann der Mensch gut sehen da unser Nachtsehen für bläulich optimiert ist

Für den Menschen hat der Mondzyklus direkt Bedeutung, in Mondnächten kann man sehen und gegebenenfalls auf die Jagd gehen oder mit einer Karavane in der kühlen Nacht ziehen. Auch der Zyklus der Frau ist, bei natürlichen Lichtverhältnissen, an diesen Zyklus angekoppelt.

Praktisch hat man die Monate mit unterschiedlicher Länge, 30 und 31 Tage festgelegt und den letzten Monat im Jahr, früher der Februar, mit den verbleibenden Tagen, zumeist 28 , manchmal 29 Tage versehen. Die Anomalie, dass der Juli und der August 31 Tage dauern wird in der Legende auf eine Bestimmung von Kaiser Augustus zurückgeführt.

Zunehmender Mond

Die Woche

Es gibt nur eine Zeiteinheit die mindestens zweitausend Jahre lang durchgezählt wurde, die Woche. Die natürliche Orientierung an den vier Mondphasen, Neumond, zunehmender Halbmond, Vollmond und abnehmender Halbmond ergeben jeweils etwa sieben Tage. Der Mensch kann sieben Objekte gleichzeitig wahrnehmen und daher können wir vermutlich am besten mit sieben Tagen planen.
Die Namen für die Einteilung basieren auf den sieben Himmelskörpern, die sich sichtbar am Firmament bewegen

Die Wochentage in der Logik der Astronomen

Zeichnet man die Himmelskörper auf einen Kreis in der Reihenfolge der scheinbaren Geschwindigkeiten, Mond, Merkur, Venus, Sonne, Mars, Jupiter, Saturn und folgt dann den Linien eines Heptagrams erhält man die Wochentage: 

• Sonntag (Sonne) 
• Montag (Mond)
• Dienstag (Mars, Tyr im Germanischen der Kriegsgott)
• Mittwoch (Merkur, Wodanz ~ Odin) 
• Donnerstag (Jupiter, Kriegsgott Thor)
• Freitag (Venus, Frigg, Frau von Odin)
• Samstag (Saturn, wobei sich Samstag von Sabbat ableitet)

Der Mond wandert am schnellsten am Himmelszelt und gab dem Montag den Namen

Weitere Zeiteinheiten

Betrachtet man die Abstände der Zeiteinheiten, so gibt es einige größere Sprünge, die durch verschiedene Konstrukte überwunden werden. Häufig findet sich eine Binärteilung, das bedeutet, es wird durch Zwei, Vier oder Acht geteilt. Seltener kommt es auch zu einer binären Vervielfachung.

Stundenteilung

Die Stunde wird gerne in eine halbe Stunde und in eine Viertelstunde (sogar ein eigenes Substantiv!) geteilt. Das führt dann zur Besonderheit einer dreiviertel Stunde, etwa an Schulen die Dauer einer Unterrichtsstunde. Und zur oft falsch verstandenen dreiviertel Zehn, was 9:45 bedeutet.

Die berühmten Fünf Minuten (vor Zwölf) sind nichts anderes als eine zwölftel Stunde und werden aufgrund der Ziffernblatteinteilung in zwölf Elemente gerne genommen.

Tagesteilung

Wie schon erwähnt, wird der Tag auch in Hälften geteilt, einmal in lichter Tag und Nacht und, dazu orthogonal, in erste und zweite Tageshälfte. 

Einfache Einteilung des Tages

Der Tag ist damit in vier Teile gegliedert, Vormittag, Nachmittag, Abend und die zweite Nachthälfte, die wir meist nur im Schlaf erleben.

Jahresteilung

Ähnlich wie den Tag gliedern wir das Jahr in vier Abschnitte: Frühling, Sommer, Herbst und Winter. Aufgrund des etwas unlogischen Jahresanfangs und auch aufgrund der Ellipsenbahn der Erde um die Sonne ist der Beginn der jeweiligen Jahreszeiten nicht ganz einfach zu merken. 

Im Kalender wird der Frühlingsanfang, der früher auch der Jahresanfang war, mit der Tag und Nachtgleiche verbunden, zumeist der 21. März. Abweichungen davon können durch den Schalttag im Februar entstehen. Der Sommer fängt am längsten lichten Tag, dem 21. Juni, an. Der Herbst beginnt mit der zweiten Tag und Nachtgleiche am 22. September und der Winter beginnt am Tag des tiefsten Sonnenstands und der längsten Nacht am 21. Dezember. 

Eine neue Jahreszeit kündigt sich an!

Wenn man genau zählt, bemerkt man, dass die Jahreszeiten nicht exakt gleich lang sind, das liegt daran, dass die Erde im Winter näher an der Sonne ist (Das ist wirklich so!) und aufgrund des zweiten Keplerschen Gesetzes sich daher schneller bewegt. Der Sommer dauert fast fünf Tage länger. 

In Zahlen: 

Frühling: 92,76 Tage

Sommer: 93,65 Tage

Herbst: 89,84 Tage

Winter: 88,99 Tage

Die Meteorologen teilen das Jahr anders ein um das Wetter etwas realistischer zu beschreiben. Meteorologisch beginnt der Winter am 1. Dezember, der Frühling am 1. März, der Sommer am ersten Juni und der Herbst am ersten September. 

In der Wirtschaft schneidet man das Jahr in Jahreshälften, die erste Hälfte beginnt logischerweise am 1. Januar, die Zeite am ersten Juli. Eine noch feinere Unterteilung sind die Quartale, jedes Unternehmen im Dax muss alle drei Monate berichten wie die wirtschaftliche Situation ist.

Ein achtel Jahr dauert sechs Wochen, eine Zeitangabe die wesentlich häufiger als vergleichbare Zeitabschnitte, wie fünf oder sieben Wochen, in Büchern genannt wird. 

Viele Jahre

Mehrere Jahre werden zu größeren Perioden zusammengefasst. Bei den Griechen spielte die Olympiade, also vier Jahre, ein wichtige Rolle, aber auch in unserer Welt beschreiben vier Jahre die Legislaturperiode der meisten Parlamente.

Das Jahrzehnt bietet sich als nächstgrößerer Abschnitt an und wird häufig mit Namen, wie etwa die Sechziger Jahre, versehen. 

Historisch spielen die Jahrhunderte eine überragende Rolle, merkwürdigerweise beginnt das 19. Jahrhundert am 1. Januar 1800 und endet am 31. Dezember 1899. Was bei Schülern immer wieder zur Verwirrung führt, auch wenn es aus Sicht der Zeitmessung logisch erscheint. Das Jahrhundert hat für den Menschen auch die spezielle Bedeutung, weil manche Menschen ein ganzes Jahrhundert erleben können

Das Jahrtausend, neuerdings oft Millennium genannt, ist der längste im allgemeinen Sprachgebrauch verwendete Zeitabschnitt. Das erste Jahrtausend begann im Jahr eins nach Christi Geburt, nicht im Jahr Null, da es das Jahr Null per Festlegung nicht gibt.

Statistik der Zeitabschnitte

Abschließend betrachte ich die Einteilung der Zeit aus statistischer Sicht. Welche Zeitabschnitte benutzen wir besonders gerne?

Meine Untersuchung basiert auf der Wortzählung in Google Books [4], dabei habe ich mich auf den Wortgebrauch im Zeitraum 2000-2008 bezogen.

Im folgenden Diagramm sind alle Zeitbegriffe mit ihrer Häufigkeit als rote Punkte aufgeführt. Damit man die Länge der jeweiligen Zeitintervalle besser sehen kann habe ich die Dauer als blaue Punkte in den logarithmischen Plot aufgenommen.

Die wichtigsten Zeiteinheiten, zum Vergrößern anklicken!

Offensichtlich sind Tag und Jahr die häufigsten Zeiteinheiten, wenn man vom Begriff Nacht absieht, der mehrdeutig ist. 

Die Länge der Zeitintervalle fädeln sich gleichmäßig auf eine Gerade, was bedeutet, dass der Faktor (3,5) zwischen den benachbarten Intervallen immer etwa gleich groß ist. Wir haben also für jedes Zeitintervall einen geeigneten Begriff.

Nach unten, also unterhalb der Sekunde findet man noch die Millisekunde (ms=0,001s) und die Nanosekunde (ns=1E-9s), wenn auch. sehr selten. Die Mikrosekunde (μs=1E-6s) ist zu selten, als dass man sie hier darstellen könnte. 

Der Begriff Millennium ist erst in den letzten Jahren häufiger geworden und wurde zur Veranschaulichung hinzugenommen.

Trägt man den Abstand der Zeiteinheiten auf, kann man die Faktoren besser erkennen.

Der Abstand gibt jeweils den Faktor zum Vorgänger an, etwa eine Woche sind 7 Tage.

Am Rand der "Zeit" werden die Intervalle größer, im Bereich von Stunden bis Jahre sind die Intervalle etwas kleiner, im Durchschnitt nur um den Faktor 3 auseinander, das entspricht Beispielsweise dem Fall "ein Quartal besteht aus drei Monaten". 

Mathematisch ist noch interessant, wie häufig die Primfaktoren in den Basiszeiteinheiten verwendet werden (Minute, Stunde, Tag, Woche Monat, Jahr).

Primfaktor:  2  3  5  7

Auftreten : 13  7  4  1

Die Teilbarkeit durch 2, 3 und 4 ist, wenn möglich, immer gegeben, die Woche bildet mit 7 eine Ausnahme, das kann aber auch daran liegen, dass die Woche ursprünglich aus sechs Tagen (Schöpfungsgeschichte!) plus einen Feiertag bestand. 

Schlussbetrachtung

Die Kulturgeschichte der Zeiteinteilung gibt interessante Einblicke in das Lösen von unlösbaren Problemen, wie das Auflösen komplizierter astronomischer Verhältnisse in einfache alltägliche Formulierungen.

Zudem zeigt sich, dass wir unsere Zeit nahezu optimal in praktische Intervalle geteilt haben.

Ich hoffe das Lesen bis hierher hat Spaß gemacht.

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• Sommerzeit Winterzeit
• Problemlösung Sommerzeit
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Quellen:

[1] Abgerufen für 2007 bei books.Google.com/ngrams 

[2] Medizin-Nobelpreis für die innere Uhr, Spektrum.de
[3] Erste Quelle: John of Sacrobosco's Computus (ca. 1235) https://www.wikiwand.com/en/Minute
[4] Google Books ngram viewer